אחד המחבלים שביצע את הפיגוע באלעד, אסעד יוסף אסעד אלרפאעי, הודה שביצע את המעשה כשהכוחות עצרו אותו - כך עולה היום (ראשון) מתיעוד מעצרו. המחבלים שנמלטו, אסעד אלרפאעי, בן 19, וצבחי עמאד צבחי אבו שקיר, בן 20, נמצאו מותשים ועייפים באזור מיוער בין ראש העין לנחשונים. בתיעוד המעצר, נשמע איש כוחות הביטחון חוקר את המחבל בשטח: "פגענו באנשים, לא יודע מה קרה אחר כך".
בתיעוד ממעצרו של אסעד אלרפאעי, נשמע איש כוחות הביטחון שואל אותו מי הוא. המחבל מוסר את שמו המלא לכוחות ומודה בפניהם שהוא זה שביצע את הפיגוע באלעד: "עשינו פיגוע, פגענו באנשים". איש הביטחון ממשיך ושואל: "אתה יודע מה קרה אחר כך?", והמחבל משיב: "לא יודע". אחר כך נשמע המחבל מוסר לבקשת החוקר גם את שמו המלא של המחבל השני שנעצר איתו.
השר לביטחון הפנים עמר בר-לב בירך על תפיסת המחבלים. "אני מברך את כוחות הביטחון על לכידת שני המחבלים שביצעו את הרצח באלעד", מסר. "ביומיים האחרונים פעלו במשותף מיטב הכוחות במשטרה, בשב"כ ובצה"ל כדי להניח עליהם את היד, וכך אכן קרה. הפעילות האינטנסיבית בתוואי שטח מורכב ראויה לכל שבח. נמשיך לרדוף בנחישות אחר דורשי רעתנו כל העת, ובכל מקום, ונגיע אליהם".
ארבעה ימים לאחר הפיגוע הרצחני באלעד, נתפסו הבוקר שני המחבלים בפעולה משותפת של שב"כ, צה"ל ומשטרת ישראל. המחבלים שנמלטו נמצאו באזור מיוער בין ראש העין לנחשונים, כקילומטר מהמקום שבו ביצעו את רצח המשולש.
שורה של ממצאים של כוחות הביטחון הובילו אותם לשטח בו נתפסו: מאחר שלא נמצאו שום עקבות שלהם על גדר ההפרדה, ההערכה הייתה שהם באזור ולא חצו לגדה. בשעות האחרונות התחילו לסגור על השטח שבו מבינים שהמחבלים עשוים להיות. האזור הזה איזור מיוער וחלקו סבוך, ולקח זמן עד שהצליחו לאתר את המיקום המדויק.
מאחר שלא נמצאו שום עקבות שלהם על גדר ההפרדה, ההערכה הייתה שהם באזור ולא חצו לגדה. חקירת הפיגוע העלתה כי שני המחבלים יצרו קשר עם אורן בן יפתח ז"ל במוצאי יום העצמאות וביקשו ממנו שיסיע אותם לאלעד – זאת בטענה שהם עובדים בשיפוץ בית הכנסת ברחוב יהודה הנשיא. אורן, שלא ידע שהשניים חמושים בגרזן וסכין, נענה לבקשתם – וכשהגיעו סמוך לבית הכנסת, הפתיעו אותו והחלו לדקור אותו. בשלב זה אורן ניסה בשארית כוחותיו להילחם ואף הצליח לפצוע את אחד מהמחבלים, אך לבסוף הם גברו עליו והמשיכו במסע הרצח של בועז גול ויונתן חבקוק ז"ל.